เลนส์เลเซอร์ออปติคอล: ประเภทแอปพลิเคชันและหลักการทำงาน

เลนส์เลเซอร์ออปติคัล มีบทบาทสำคัญในระบบเลเซอร์ที่หลากหลาย พวกเขาได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดการคานเลเซอร์ไม่ว่าจะเป็นการโฟกัสการรวบรวมหรือการสร้างมันสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของเลนส์เหล่านี้เช่นความแม่นยำสูงและความสามารถในการจัดการคานเลเซอร์พลังงานสูงทำให้เป็นส่วนประกอบที่สำคัญในเทคโนโลยีที่ทันสมัย

ประเภทของเลนส์เลเซอร์ออปติคัล

เลนส์ทรงกลม

ลักษณะเฉพาะ: เลนส์ทรงกลมมีลักษณะของการหักเหของแสงและความโค้งของพื้นผิวเลนส์ ขึ้นอยู่กับว่าเลนส์เป็นนูนหรือเว้าพวกเขาสามารถมาบรรจบกันหรือแยกรังสีแสง ตัวอย่างเช่นเลนส์ทรงกลมนูน - นูนมีความหนาที่กึ่งกลางและสามารถโฟกัสลำแสงเลเซอร์ collimated ไปยังจุด

แอปพลิเคชัน: พวกเขามักจะใช้ในแอพพลิเคชั่นการโฟกัสด้วยเลเซอร์ขั้นพื้นฐานเช่นในการตัดเลเซอร์อย่างง่ายหรือระบบการทำเครื่องหมายซึ่งจำเป็นต้องมีการมุ่งเน้นพื้นฐานของลำแสงเลเซอร์

เลนส์ทรงกลม

ลักษณะเฉพาะ: เลนส์ทรงกลมได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไขความผิดปกติ ในแสงโมโนโครมพวกเขาสามารถแก้ไขปัญหาเช่นข้อผิดพลาดความคมชัดของภาพและการบิดเบือน พวกเขามักจะใช้เมื่อจำเป็นต้องมีการโฟกัสที่แม่นยำยิ่งขึ้นของลำแสงเลเซอร์เนื่องจากสามารถลดความผิดปกติของทรงกลมได้อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับเลนส์ทรงกลม

แอปพลิเคชัน: แอปพลิเคชั่นทั่วไปคือการโฟกัสของลำแสง collimated ไปยังเส้นใยออพติคอล ในระบบการสื่อสารไฟเบอร์ - ออปติกเลนส์ทรงกลมช่วยในการเชื่อมต่อแสงเลเซอร์อย่างมีประสิทธิภาพเข้ากับเส้นใยเพื่อให้แน่ใจว่าการสูญเสียสัญญาณน้อยที่สุด

เลนส์ทรงกระบอก

ลักษณะเฉพาะ: เลนส์ทรงกระบอกมีอยู่ในรูปแบบกลมและรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างเส้นหรือการขยายลำแสงในทิศทางเดียว Plano - เว้าและ Plano - เลนส์ทรงกระบอกนูนสามารถเปลี่ยนรูปร่างของลำแสงเลเซอร์ ตัวอย่างเช่นเลนส์ทรงกระบอกนูน - นูนสามารถเปลี่ยนลำแสงเลเซอร์แบบวงกลมเป็นลำแสงรูปทรง

แอปพลิเคชัน: พวกเขาใช้กันอย่างแพร่หลายในแอปพลิเคชันที่จำเป็นต้องใช้ลำแสงเลเซอร์รูปทรงเช่นในการสแกนเลเซอร์สำหรับเครื่องอ่านบาร์โค้ดหรือในเทคนิคการประมวลผลวัสดุบางอย่างที่จำเป็นต้องใช้ลำแสงเลเซอร์ที่แคบและยาวสำหรับการตัดหรือแกะสลักในทิศทางที่เฉพาะเจาะจง

เลนส์ Axicon

ลักษณะเฉพาะ: เลนส์ Axicon หรือที่เรียกว่าเลนส์รูปกรวยหรือปริซึมสมมาตรแบบหมุนมีพื้นผิวรูปกรวยแทนที่จะเป็นเส้นโค้งเช่นเลนส์แบบดั้งเดิม เลนส์ Axicon ทั่วไปมีรูปร่างนูน - นูน พวกเขาใช้ในการแปลงคานเลเซอร์ collimated เป็นจุดรูปวงแหวนหรือเส้นโฟกัส

แอปพลิเคชัน: ในการใช้งานทางการแพทย์บางอย่างเช่นในขั้นตอนการผ่าตัดด้วยเลเซอร์บางประเภทสามารถใช้เลนส์ Axicon เพื่อสร้างรูปแบบเฉพาะของการส่งพลังงานเลเซอร์ พวกเขายังใช้ในการตั้งค่าการวิจัยทางวิทยาศาสตร์บางอย่างสำหรับการสร้างรูปแบบแสงที่เป็นเอกลักษณ์

เลนส์ Powell

ลักษณะเฉพาะ: เลนส์ Powell เป็นเลนส์พิเศษที่ใช้ในการแปลงคานเลเซอร์ collimated ที่มีการกระจายความเข้มแบบเกาส์เซียนเป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอ เมื่อเทียบกับเลนส์ทรงกระบอกมาตรฐานซึ่งผลิตเส้นลำแสงเลเซอร์ที่มีโปรไฟล์ความเข้มแบบเกาส์เซียนเลนส์ Powell สร้างเส้นเลเซอร์ที่มีการกระจายพลังงานที่สม่ำเสมอมากขึ้นทั่วเส้นเลเซอร์

แอปพลิเคชัน: พวกเขามักจะใช้ในการใช้งานอุตสาหกรรมเช่นการวัดขนาดเลเซอร์ซึ่งจำเป็นต้องใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีรูปร่างเหมือนกันอย่างสม่ำเสมอสำหรับการวัดที่แม่นยำ

หลักการทำงานของเลนส์เลเซอร์ออพติคอล

การโฟกัสและการรวบรวม

โฟกัส: เมื่อลำแสงเลเซอร์ผ่านเลนส์โฟกัสเช่นเลนส์นูน - นูนเลนส์จะโค้งรังสีแสงไปทางจุดโฟกัส ความยาวโฟกัสของเลนส์ถูกกำหนดโดยปัจจัยต่าง ๆ เช่นขนาดลำแสงเลเซอร์อินพุตขนาดสปอตที่ต้องการและความลึกที่ต้องการ ตัวอย่างเช่นในเครื่องตัดเลเซอร์เลนส์โฟกัสจะถูกใช้เพื่อรวมลำแสงเลเซอร์ไปยังจุดเล็ก ๆ เพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน ณ จุดนั้นเพื่อตัดผ่านวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ

collimating: ในทางกลับกันเลนส์ collimating ถูกใช้เพื่อแปลงลำแสงเลเซอร์ที่แตกต่างจากแหล่งกำเนิดเป็นลำแสงขนานหรือคาน collimated ความยาวโฟกัสของเลนส์ collimating สามารถกำหนดได้ตามมุมความแตกต่างของเลเซอร์ (FWHM - ความกว้างเต็มครึ่งสูงสุด) และเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงเลเซอร์ที่ต้องการ ในตัวชี้เลเซอร์เลนส์ collimating จะใช้เพื่อให้ลำแสงเลเซอร์เดินทางเป็นเส้นตรงในระยะไกล

การสร้างลำแสง

การสร้างสาย: เลนส์ Laser Line Generator เช่นเลนส์ Powell หรือเลนส์ทรงกระบอกใช้ในการแปลงลำแสงเลเซอร์ collimated เป็นเส้น กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการดัดลำแสงเลเซอร์ในทิศทางเดียวเพื่อสร้างเอาต์พุตรูปทรง ตัวอย่างเช่นในเครื่องมือการปรับระดับด้วยเลเซอร์ - เลนส์สาย - เครื่องกำเนิดไฟฟ้าใช้ในการฉายเส้นเลเซอร์ตรงบนพื้นผิวซึ่งสามารถใช้เพื่อการจัดตำแหน่ง

การสร้างแหวน: เลนส์ Axicon ใช้ในการสร้างลำแสงเลเซอร์รูปวงแหวน พื้นผิวรูปกรวยของเลนส์ axicon ทำให้ลำแสงเลเซอร์ถูกเปลี่ยนเส้นทางในลักษณะที่เป็นรูปแบบรูปวงแหวนที่ระยะหนึ่งจากเลนส์ สิ่งนี้มีประโยชน์ในการใช้งานที่จำเป็นต้องมีการกระจายพลังงานเลเซอร์รูปวงแหวนเช่นในการทดลองกับดักออพติคอลในฟิสิกส์

แอปพลิเคชันของเลนส์เลเซอร์ออพติคอล

การประมวลผลวัสดุ

การตัดและการเชื่อม: ในการตัดด้วยเลเซอร์และการเชื่อมเลนส์เลเซอร์ออปติคัลใช้เพื่อโฟกัสลำแสงเลเซอร์ไปยังจุดที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง เลนส์เลเซอร์สูง - พลังงานซึ่งมักทำจากวัสดุเช่นสังกะสีซีลินด์ (ZNSE) สำหรับเลเซอร์CO₂นั้นสามารถทนต่อระดับพลังงานสูงได้ ตัวอย่างเช่นในอุตสาหกรรมยานยนต์จะใช้เลนส์เลเซอร์เพื่อตัดและเชื่อมชิ้นส่วนโลหะด้วยความแม่นยำสูง

การทำเครื่องหมายและการแกะสลัก: ระบบการทำเครื่องหมายและการแกะสลักด้วยเลเซอร์ใช้เลนส์เพื่อโฟกัสลำแสงเลเซอร์ลงบนพื้นผิวของวัสดุ เลนส์ช่วยให้สามารถควบคุมพลังงานเลเซอร์ที่พื้นผิวได้อย่างแม่นยำซึ่งใช้ในการสร้างเครื่องหมายหรือการแกะสลัก สามารถใช้เลนส์ประเภทต่าง ๆ ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ถูกทำเครื่องหมายไว้และคุณภาพของเครื่องหมายที่ต้องการ

แอปพลิเคชันทางการแพทย์

การผ่าตัด: ในขั้นตอนการผ่าตัดด้วยเลเซอร์ที่ได้รับความช่วยเหลือเลนส์เลเซอร์ออปติคัลใช้เพื่อกำกับและมุ่งเน้นลำแสงเลเซอร์อย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่นในการผ่าตัด ophthalmic เลนส์จะใช้เพื่อมุ่งเน้นลำแสงเลเซอร์เพื่อแก้ไขปัญหาการมองเห็น เลนส์จะต้องมีคุณภาพสูงเพื่อให้แน่ใจว่าการส่งมอบพลังงานเลเซอร์ที่แม่นยำไปยังเนื้อเยื่อเป้าหมาย

การวินิจฉัย: ในอุปกรณ์การวินิจฉัยทางการแพทย์บางตัวเลนส์เลเซอร์จะใช้ในการชี้นำแสงเลเซอร์ไปยังตัวอย่างทางชีวภาพ สามารถวิเคราะห์แสงที่สะท้อนหรือส่งผ่านเพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับตัวอย่าง ตัวอย่างเช่นในเทคนิคการวินิจฉัยที่ใช้ฟลูออเรสเซนต์ใช้เลนส์เพื่อโฟกัสแสงเลเซอร์กระตุ้นเข้ากับตัวอย่างและรวบรวมแสงฟลูออเรสเซนต์ที่ปล่อยออกมา

การวิจัยทางวิทยาศาสตร์

การวางกับดักออปติคอล: ในการทดลองกับดักแสงเลนส์ Axicon และเลนส์พิเศษอื่น ๆ ใช้เพื่อสร้างรูปแบบลำแสงเลเซอร์ที่ไม่เหมือนใคร รูปแบบเหล่านี้สามารถใช้ในการดักจับและจัดการอนุภาคขนาดเล็กเช่นเซลล์หรืออนุภาคนาโนเพื่อศึกษาคุณสมบัติของพวกเขา

สเปกโทรสโกปี: เลนส์เลเซอร์ใช้ในการตั้งค่าสเปกโทรสโกปีเพื่อนำลำแสงเลเซอร์ไปยังตัวอย่างและรวบรวมแสงที่ปล่อยออกมาหรือดูดซึมโดยตัวอย่าง เลนส์ชนิดต่าง ๆ ถูกนำมาใช้ขึ้นอยู่กับเทคนิคสเปกโทรสโกปีเฉพาะเช่น Raman spectroscopy หรือการดูดกลืนสเปกโทรสโกปี

การเลือกเลนส์เลเซอร์ออปติคัลที่เหมาะสม

เมื่อเลือกเลนส์เลเซอร์ออปติคัลต้องพิจารณาปัจจัยหลายอย่าง:

ความเข้ากันได้ของความยาวคลื่น

เลเซอร์ที่แตกต่างกันทำงานที่ความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นเลเซอร์CO₂มักจะทำงานที่ 10.6 μmในขณะที่เลเซอร์ ND: YAG ทำงานที่ 1.064 μm วัสดุเลนส์และการเคลือบจะต้องเข้ากันได้กับความยาวคลื่นเลเซอร์ ตัวอย่างเช่นเลนส์ที่ทำจากสังกะสี selenide (ZNSE) เหมาะสำหรับเลเซอร์Co₂ในขณะที่เลนส์ที่ทำจากซิลิกาที่หลอมรวมมักจะใช้สำหรับเลเซอร์ที่มองเห็นและใกล้ - อินฟราเรด

พลังงานเลเซอร์และพลังงาน

เลเซอร์สูง - พลังงานต้องใช้เลนส์ที่สามารถทนต่อระดับพลังงานสูงได้โดยไม่ได้รับความเสียหาย วัสดุเลนส์และการเคลือบควรมีเกณฑ์ความเสียหายของเลเซอร์สูง ในแอพพลิเคชั่นการตัดด้วยเลเซอร์สูงเลนส์ที่มีเกณฑ์ความเสียหายสูงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานในระยะยาวและเชื่อถือได้

แอปพลิเคชัน - ข้อกำหนดเฉพาะ

ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันเช่นการโฟกัสการ collimating หรือการสร้างลำแสงประเภทเลนส์ที่เหมาะสมจะต้องเลือก ตัวอย่างเช่นหากจำเป็นต้องใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีรูปร่างเป็นเส้นสำหรับแอปพลิเคชันการสำรวจเลนส์ทรงกระบอกหรือ Powell จะเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม

การเปรียบเทียบเลนส์เลเซอร์ออพติคอลที่แตกต่างกัน

ข้อสรุป

เลนส์เลเซอร์ออปติคัลเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นในการใช้งานที่หลากหลายตั้งแต่การประมวลผลวัสดุไปจนถึงการวิจัยทางการแพทย์และวิทยาศาสตร์ เลนส์ประเภทต่าง ๆ แต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะและหลักการทำงานของพวกเขานำเสนอวิธีการที่หลากหลายในการจัดการคานเลเซอร์ โดยการพิจารณาอย่างรอบคอบกับปัจจัยต่าง ๆ เช่นความเข้ากันได้ของความยาวคลื่นพลังงานเลเซอร์และข้อกำหนดเฉพาะของแอปพลิเคชันสามารถเลือกเลนส์เลเซอร์ออปติคัลที่เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพที่ดีที่สุดในระบบที่ใช้เลเซอร์ ในขณะที่เทคโนโลยียังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องการออกแบบและประสิทธิภาพของเลนส์เลเซอร์ออพติคอลก็มีแนวโน้มที่จะปรับปรุงทำให้แอปพลิเคชันเลเซอร์ที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นในอนาคต